[实用新型]多点水源条件下防水煤柱留设试验研究的新型试验装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种试验装置，尤其涉及一种多点水源条件下防水煤柱留设试验研究的新型试验装置，属于教学试验设备技术领域。

背景技术

目前在采煤过程中经常遇到，由于地下水的渗出导致煤矿突水事故的发生，不仅造成财产的破坏，而且对采煤人员的生命造成极大的威胁。因此需要对由于渗水而导致煤矿突水事故发生的原因进行试验和研究。现有的试验模型虽能对由于渗水而导致煤矿坍塌事故进行预先警示，但观察效果不直观，试验及教学形象效果较差，也不能有效演示多点水源条件下的试验。

实用新型内容

为了解决上述问题中的不足之处，本实用新型提供了一种多点水源条件下防水煤柱留设试验研究的新型试验装置。

为了解决以上技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种多点水源条件下防水煤柱留设试验研究的新型试验装置，包括模型架，它还包括可调节水压的注水管、含水灰岩、断层带、断层保护煤柱、边界煤柱、出水管、塑料水包；断层带和框架之间设置有两层或多层含水灰岩；含水灰岩的一端分别连接有一个可调节水压的注水管；塑料水包位于含水灰岩内；断层带的一侧有八个弯曲、方向不同的出水管。

采用本实用新型的试验非常形象直观的模拟出现场煤层开采时多点灰岩中的水源的运动情况而且将试验中抽象的力学计算问题转化为一种形象的物理动画试验，非常适用于做试验研究和教学。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为本实用新型的塑料水包放置示意图。

图3为断层带的一侧带有八个弯曲、方向不同的出水管的结构示意图。

具体实施方式

如图1、图2所示，本实用新型主要由模型架1、可调节水压的注水管2、含水灰岩4、断层带5、断层保护煤柱6、边界煤柱7、出水管8、塑料水包9组成。图1中3指示的箭头表示的是工作面的运动方向。模型架1上边界上的七个箭头表示的是七个液压千斤顶的应力补偿方向。在断层带5和框架1之间设置有两层或多层含水灰岩4。含水灰岩4的一端分别连接有一个可调节水压的注水管2。塑料水包9位于含水灰岩4内。

本实验模型是模拟在煤层开采条件下断层带岩体的变化情况和断层下盘含水层在采动影响下突水的可能性。研究煤层顶底板岩层随开采过程的变化情况，为确定回采时合理留设断层保护煤柱提供依据。

模型在平面应变模型架上进行，模型体尺寸：长×宽×高＝3.0m×0.4m×2.0m。模型上边界用7个液压千斤顶加压来实现垂直应力补偿；模型模拟的开采顺序见图1。模型采用石膏、砂类等模拟采场围岩，以砂子作骨料，以石膏、碳酸钙为粘结材料，分层铺设构成。对断层带的岩体进行了弱化，目的是反映出断层的性质。

实验时，随着工作面的推进，煤层底板出现不同程度的变形和破坏，断层带岩体也发生变形和破坏现象。当岩体水平位移和垂直位移变化加大时，处断层带下盘的灰岩含水层岩体开始产生裂隙。当煤层开采接近断层时，保护煤柱顶底板造到严重的破坏，隔水性减弱，煤层开采引起覆岩的断裂破坏和移动，使原来平衡的应力状态被打破，形成很大的压力差，这样灰岩中的水就可能顺着断层破碎带、煤层破碎的顶底板到达工作面，引起突水事故。

本实验模型与别的实验模型不同的地方是在相似模拟实验中考虑了灰岩中的水压对断层的影响。在煤碳开采的过程中，灰岩中的水所受到的压力是不断变化的，它对断层的影响也是在不断的变化。本实验根据这种思想在模拟的含水灰岩中放入一个塑料水包，从水包中引出几条水管，在靠近断层带5的一侧有八个弯曲、方向不同的出水管8(如图3所示)，这些弯曲、方向不同的水管近似的模拟了岩层中的一些构造裂隙和岩层之间的一些导水通道。在水包的另一侧有一个可调节水压的水注管，可以控制水包中水的压力，在煤层开采的过程中，可以调节水注管中水注的高度，进而调控水包中的水压在1到4MPa之间变化。当施加足够大的压力时，水包中的水就会从出水管中流出，顺着用模拟材料做的断层、底板到达模拟的保护煤柱及工作面。可不用布置测点或者少布置测点，我们可以直接观查断层保护煤柱以及煤柱顶底板的浸水情况，在整个实验过程中，可以观察到水包中的水在煤层开采到什么位置时开始溢出，还可以观查到流出的水在煤层开采到哪个位置时开始侵入煤柱底板以及工作面。这样就可以知道防水煤柱留设的宽度。本实验非常形象直观的模拟出现场煤层开采时灰岩中的水的运动情况而且将别的实验中抽象的力学计算问题转化为一利，形象的物理动画实验。这种实验装置适用于学者做实验研究和教学用途。该方法先进、简便、实用，具有创新性和一定的实用价值及参考意义。上述实施方式并非是对本实用新型的限制，本实用新型也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本实用新型的技术方案范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也均属于本实用新型的保护范围。